package com.lbc.kruskal;

import java.util.Arrays;

//  Kruskal算法解决公交问题
public class KruskalCase {

    private int edgeNum;  //  边的个数
    private char[] vertexs;  //  顶点数组
    private int [][] matrix;  //  邻接矩阵
    //  使用 INF 来表示两个顶点不能联通
    private static final int INF = Integer.MAX_VALUE;

    public static void main(String[] args) {
        char[] vertexs = new char[]{'A','B','C','D','E','F','G'};
        int[][] matrix = {
                {0, 12, INF, INF, INF, 16, 14},
                {12, 0, 10, INF, INF, 7, INF},
                {INF, 10, 0, 3, 5, 6, INF},
                {INF, INF, 3, 0, 4, INF, INF},
                {INF, INF, 5, 4, 0, 2, 8},
                {16, 7, 6, INF, 2, 0, 9},
                {14, INF, INF, INF, 8, 9, 0}
        };
        //  创建一个 KruskalCase 对象实例
        KruskalCase kruskalCase = new KruskalCase(vertexs, matrix);
        kruskalCase.print();
//
//        EData[] edges = kruskalCase.getEdges();
//        System.out.println("排序前："+Arrays.toString(edges));
//
//        kruskalCase.sortEdges(edges);//  排序
//        System.out.println("排序后："+Arrays.toString(edges));

        kruskalCase.kruskal();
    }

    //  构造器
    public KruskalCase(char[] vertexs, int[][] matrix) {
        //  初始化顶点数和边的个数
        int vlen = vertexs.length;

        //  初始化顶点，复制拷贝的方式
        this.vertexs = new char[vlen];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            this.vertexs[i] = vertexs[i];
        }

        //  初始化边
        this.matrix = new int[vlen][vlen];
        for (int j = 0; j < vlen; j++) {
            for (int k = 0; k < vlen; k++) {
                this.matrix[j][k] = matrix[j][k];
            }
        }
        //  统计边
        for (int j = 0; j < vlen; j++) {
            for (int k = j+1; k < vlen; k++) {
                if (this.matrix[j][k] != INF) {
                    edgeNum++;
                }
            }
        }
    }

    //  克鲁斯卡尔
    public void kruskal() {
        int index = 0;  //  表示最后结果数组的索引
        int[] ends = new int[edgeNum];  //  用于保存“已有最小生成树”中的每个顶点在最小生成树中的终点
        //  创建结果数组，保存最后的最小生成树
        EData[] rets = new EData[edgeNum];

        //  获取图中  所有的边的集合，一共12条边
        EData[] edges = getEdges();
        System.out.println("图的边的集合=" + Arrays.toString(edges) + "共" + edges.length + "条边");  //  12

        //  首先按照边的权值的大小排序(从小到大)
        sortEdges(edges);

        //  遍历edges数组，将边添加到最小生成树中时，判断准备加入的边是否产生了回路，如果没有就加入到rets，否则不能加入
        for (int i = 0; i < edgeNum; i++) {
            //  获取到第i条边的第一个顶点(起点)
            int p1 = getPosition(edges[i].start);
            //  获取到第i条边的第二个顶点(终点)
            int p2 = getPosition(edges[i].end);

            //  获取p1这个顶点在已有最小生成树中的终点
            int m = getEnd(ends, p1);
            //  获取p2这个顶点在已有最小生成树中的终点
            int n = getEnd(ends, p2);
            //  是否构成回路
            if (m != n) {  //  没有构成回路
                ends[m] = n;  //  设置m 在"已有最小生成树"中的终点
                rets[index++] = edges[i];  //  有一条边加入到rets数组
            }
        }

        //  统计并打印 "最小生成树" , 输出 rets
        System.out.println("最小生成树为:");
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            System.out.println(rets[i]);
        }
    }

    //  打印邻接矩阵
    public void print() {
        System.out.println("邻接矩阵为：");
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = 0; j < vertexs.length; j++) {
                System.out.printf("%12d", matrix[i][j]);
            }
            System.out.println();  //  换行
        }
    }

    //  对边进行排序处理，冒泡
    private void sortEdges(EData[] edges) {
        for (int i = 0; i < edges.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < edges.length - 1 - i; j++) {
                if (edges[j].weight > edges[j+1].weight) {
                    EData temp = edges[j];
                    edges[j] = edges[j+1];
                    edges[j+1] = temp;
                }
            }
        }
    }

    /**
     *
     * @param ch  顶点的值，比如'A','B'
     * @return  返回ch顶点对应的下标，如果找不到，返回-1
     */
    private int getPosition(char ch) {
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            if (vertexs[i] == ch) {  //  找到
                return i;
            }
        }
        //  找不到，返回-1
        return -1;
    }

    /**
     * 功能：获取图中边，放到EData[] 数组中，后面我们需要遍历该数组
     * 是通过 matrix 邻接矩阵获取
     * EData[] 形式 [['A','B',12],['B','F',12], .....]
     * @return
     */
    private EData[] getEdges() {
        int index = 0;
        EData[] edges = new EData[edgeNum];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = i+1; j < vertexs.length; j++) {
                if (matrix[i][j] != INF) {
                    edges[index++] = new EData(vertexs[i], vertexs[j], matrix[i][j]);
                }
            }
        }
        return edges;
    }

    /**
     * 功能：获取下标为i的顶点的终点(),用于后面判断两个顶点的终点是否相同
     * @param ends  数组就是记录了各个顶点的终点是哪个，ends数组是在遍历的过程中，逐步形成
     * @param i  表示传入的顶点对应的下标
     * @return  返回的就是下标为 i 的这个顶点对应的终点的下标
     */
    private int getEnd(int[] ends, int i) {
        while (ends[i] != 0) {
            i = ends[i];
        }
        return i;
    }
}

//  创建一个类EData，它的对象实例就表示一条边
class EData {
    char start;  //  边的一个点
    char end;  //  边的另一个点
    int weight;  //  边的权值
    //  构造器
    public EData(char start, char end, int weight) {
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }
    //  重写toString, 便于输出边

    @Override
    public String toString() {
        return "EData{" +
                "<" + start +
                "," + end +
                ">= " + weight +
                '}';
    }
}
